天文學家發現類太陽恆星普遍可以產生鋰元素

中國科學院國家天文台研究員趙剛博士及國際合團隊發現，類太陽恆星普遍可以產生鋰元素。

趙剛博士指出，絕大多數鋰的起源可以追溯到同一個事件，那就是大約一百三十八億年前發生的宇宙大爆炸，也就是宇宙的起源。鋰元素是連接宇宙大爆炸、星際物質和恆星的關鍵元素，對鋰元素的研究一直是宇宙和恆星演化的重要課題。

可是，儘管鋰誕生很早，但天文學家普遍認為，鋰元素將會在恆星中逐漸消失。這是由於鋰在恆星內部相對較低的溫度下參與核反應，再經過與外部大氣的混合，就會導致最初的鋰在恆星生命週期中消失。一個案例就是，太陽和地球中所有元素的組成都是相似的，而且認為是幾乎同時形成，但太陽中的鋰含量卻比地球中的含量低了一百倍。

隨著觀測技術的進步，人們不斷發現一些類太陽恆星大氣中的鋰含量非常之高，在某些情況下比理論模型預測高出10萬倍。到底是什麼原因導致了類太陽恆星中鋰含量異常升高？這個問題在過去四十年裡一直困擾著研究人員。

耶拉·巴拉特·庫馬爾（Yerra Bharat Kumar）博士表示，借助銀河考古項目、郭守敬望遠鏡和蓋亞（Gaia）天文衛星等的巡天數據，該研究團隊揭開類太陽恆星普遍產生鋰元素的機制。我們系統地研究了晚期類太陽恆星中鋰豐度異常升高的現象。發現類太陽恆星經過氦閃後鋰豐度異常升高的現像極為普遍。

氦閃是類太陽恆星中的一個標誌性事件，在恆星演化的晚期，其核心不斷積累氦元素，並導致溫度和壓力持續上升。這個巨大的氦核最終被點燃，發生劇烈失控地核燃燒，就像在恆星內部引爆了一顆氦原子彈，在幾分鐘內釋放出相當於整個銀河系的能量。

理論模型預測，經歷此階段的恆星鋰含量應該非常低，但實際上，科研人員的觀測卻發現這些恆星的鋰含量平均高出理論預測值的二百多倍，這表明類太陽恆星通過氦閃產生了新的鋰元素。由於氦閃是類太陽恆星演化過程中必然會經歷的過程，因此類太陽恆星經過氦閃後普遍會產生鋰元素。

此外，該研究還提出了一個新的標準來鑑別被稱為含有豐富鋰元素巨星的天體。按照這個標準，人們在過去四十年間所發現的富含鋰元素巨星可能只是宇宙中的冰山一角。

趙剛博士指出，郭守敬望遠鏡的數據在鑑別氦閃恆星的過程中發揮了重要作用。對我們而言，下一步研究的關鍵是了解鋰在氦閃和混合機制之間的核聚變，這裡依然包含著很多未解之謎。

【圖：中國科學院國家天文台；文：節錄自科學網頁；新聞訊息由林景明提供】研究全文刊登在2020年7月6日出版的《自然-天文學》期刊